偶聯反應
偶聯反應,也寫作耦合反應、偶合反應或耦聯反應,是兩化學實體(或單位)結合生成一分子的有機化學反應。狹義的偶聯反應是涉及有機金屬催化劑的碳-碳鍵形成反應,根據類型的不同,又可分為交叉偶聯和自身偶聯反應。在偶聯反應中有一類重要的反應,RM(R=有機片段;M=主基團中心)與R'X的有機鹵素化合物反應,形成有新碳-碳鍵的產物R-R'[1][2]。
根岸英一、鈴木章與理查德·赫克開發鈀催化偶聯反應,貢獻突出,共同獲授2010年度諾貝爾化學獎[3][4]。
偶聯反應大體可分為兩種類型:
機理
編輯偶聯機理通常起始於有機鹵代烴和催化劑氧化加成;第二步是另一分子與其轉移金屬化,將待偶聯的兩分子接於同一金屬中心;最後一步是還原消除,待偶聯的兩分子結合在一起形成新分子並再生催化劑。不飽和的有機基團在加合一步速度更快,通常易於偶聯。中間體通常不傾向β-氫消除。[5]
一項計算化學研究中表明,不飽和有機基團更易於在金屬中心偶聯。[6]還原消除的速率高低如下:
乙烯基-乙烯基>苯基-苯基>炔基-炔基>烷基-烷基
不對稱的R-R′形式偶聯反應,其活化能壘與反應能量與相應的對稱偶聯反應R-R與R′-R′的平均值相近,如:乙烯基-乙烯基>乙烯基-烷基>烷基-烷基。
另一種假說認為,水溶液偶聯反應其實是通過自由基機理,而不是金屬-參與機理。[7]
催化劑
編輯偶聯反應最常用的金屬催化劑是鈀催化劑,有時也用鎳與銅。四(三苯基膦)鈀是常用的鈀催化劑。鈀催化的有機反應有許多優點,如:官能團的耐受性強,有機鈀化合物對水和空氣甚穩定。
如下一些關於鈷催化的偶聯反應的綜述[8],鈀[9][10][11][12][13]和鎳[14]介導的反應以及它們的用途[15][16]。
離去基團
編輯離去基團在有機偶聯反應常為溴、碘或三氟甲磺酰基。有機氯化物相對這些離去基團更廉價易得,故氯是較理想的離去基團。與之反應的有機金屬化合物還有錫、鋅或硼。
操作條件
編輯雖然大多偶聯反應涉及的試劑都對水和空氣極其敏感,但不可認為所有有機偶聯反應需要絕對的無水無氧條件。有些有機鈀介導的反應就可在水溶液中,用三苯基膦和硫酸製備的磺化膦試劑反應。[7]總體來講,大多這類反應都藉不飽和金屬絡合物反應,而這些絡合物都不滿足18共價電子的穩定結構,故空氣中的氧氣能影響偶聯反應。
類型
編輯常見偶聯反應有:
反應名稱 | 發現年代 | 反應物A | 反應物B | 類型 | 催化劑 | 備註 | |||
武茲反應(Wurtz reaction) | 1855 | R-X | sp³ | R-X | sp³ | 自身 | 以鈉消除反應物的鹵原子 | ||
格拉澤偶聯反應(Glaser coupling) | 1869 | RC≡CH | sp | RC≡CH | sp | 自身 | Cu | 氧氣作H受體 | |
烏爾曼反應(Ullmann reaction) | 1901 | Ar-X | sp² | Ar-X | sp² | 自身 | Cu | 高溫 | |
岡伯格-巴克曼反應 | 1924 | Ar-H | sp² | Ar-N2X | sp² | 自身 | 需鹼參與 | ||
Cadiot-Chodkiewicz偶聯反應 | 1957 | RC≡CH | sp | RC≡CX | sp | 交叉 | Cu | 需鹼參與 | |
Castro-Stephens偶聯反應 | 1963 | RC≡CH | sp | Ar-X | sp² | 交叉 | Cu | ||
吉爾曼試劑偶聯反應(Gilman reagent coupling) | 1967 | R2CuLi | R-X | 交叉 | |||||
Cassar反應 | 1970 | 烯烴 | sp² | R-X | sp³ | 交叉 | Pd | 需鹼參與 | |
熊田偶聯反應(Kumada coupling) | 1972 | Ar-MgBr | sp²/sp³ | Ar-X | sp² | 交叉 | Pd或Ni | ||
赫克反應(Heck reaction) | 1972 | 烯烴 | sp² | R-X | sp² | 交叉 | Pd | 需鹼參與 | |
薗頭偶聯反應(Sonogashira coupling) | 1975 | RC≡CH | sp | R-X | sp³/sp² | 交叉 | Pd和Cu | 需鹼參與 | |
根岸偶聯反應(Negishi coupling) | 1977 | R-Zn-X | sp³/sp²/sp | R-X | sp³/sp² | 交叉 | Pd或Ni | ||
施蒂勒反應(Stille coupling) | 1978 | R-SnR3 | sp³/sp²/sp | R-X | sp³/sp² | 交叉 | Pd | ||
鈴木反應(Suzuki reaction) | 1979 | R-B(OR)2 | sp² | R-X | sp³/sp² | 交叉 | Pd | 需鹼參與 | |
Hiyama偶聯反應 | 1988 | R-SiR3 | sp² | R-X | sp³/sp² | 交叉 | Pd | 需鹼參與 | |
Buchwald–Hartwig偶聯反應 | 1994 | R2N-R SnR3 | sp | R-X | sp² | 交叉 | Pd | N-C偶聯反應 | |
福山偶聯反應(Fukuyama coupling) | 1998 | RCO(SEt) | sp2 | R-Zn-I | sp3 | 交叉 | Pd | ||
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雜項反應
編輯一種基於芳基鹵代烴和全氟代苯的鈀-催化偶聯反應由基思·法紐(Keith Fagnou)和其同事所報道。對於這種缺電子的芳環來講,這類官能團化反應很不尋常。[17]
應用
編輯參見
編輯參考資料
編輯- ^ Organic Synthesis using Transition Metals Rod Bates ISBN 978-1-84127-107-1
- ^ New Trends in Cross-Coupling: Theory and Applications Thomas Colacot (Editor) 2014 ISBN 978-1-84973-896-5
- ^ The Nobel Prize in Chemistry 2010 - Richard F. Heck, Ei-ichi Negishi, Akira Suzuki. NobelPrize.org. 2010-10-06 [2010-10-06]. (原始內容存檔於2012-10-26).
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- ^ Selected Patented Cross-Coupling Reaction Technologies Jean-Pierre Corbet and Gérard Mignani Chem. Rev., 2006, 106 (7), pp 2651–2710 2006 (Article) doi:10.1021/cr0505268
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